微生物除草劑與生物安全

馬　娟　董金皋

摘要隨著人類(lèi)環(huán)境意識(shí)的提高和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，高效、環(huán)課微生物除草劑的研究越來(lái)越顯示其重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文概述了微生物除草劑的種類(lèi)、劑型及特點(diǎn)，個(gè)紹了利用微生物及其天然產(chǎn)物防治雜草的潛在優(yōu)勢(shì)和目前國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展，尤其是對(duì)微生物除草劑的生物安全性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞微生物除草劑；種類(lèi)；劑型；生物安全性

中圖分類(lèi)號(hào)S482．49

雜草是農(nóng)作物的主要?jiǎng)艛常詮娜祟?lèi)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以來(lái)，人們就采用各種方式對(duì)其進(jìn)行防除?；瘜W(xué)除草劑以其作用迅速、使用方便等特點(diǎn)在20世紀(jì)50年代得到迅速發(fā)展。但隨著化學(xué)除草劑的廣泛應(yīng)用，弊端日趨突出，化學(xué)除草劑造成環(huán)境污染和農(nóng)藥殘留問(wèn)題引起農(nóng)藥科技工作者的高度關(guān)注，渴求開(kāi)發(fā)研制無(wú)污染、安全的新型除草劑。生物除草劑具有對(duì)目標(biāo)雜草以外的植物影響小，環(huán)境負(fù)效應(yīng)小、安全性高的特點(diǎn)，符合可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求，因而許多研究機(jī)構(gòu)和農(nóng)藥公司紛紛將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向生物除草劑的研制，人們開(kāi)始考慮運(yùn)用植物病原物或微生物代謝產(chǎn)物防除雜草。

1微生物除草劑的類(lèi)型及潛在優(yōu)勢(shì)

微生物除草劑分為微生物活體和微生物代謝產(chǎn)物兩類(lèi)，即微生物制劑除草劑和微生物源除草劑。近年來(lái)利用活體微生物，主要是植物病原微生物(真菌、細(xì)菌、病毒)，最常見(jiàn)的是植物病原真菌。它可以直接穿透寄主表皮，進(jìn)入寄主組織，防治雜草。活體微生物防治雜草分傳統(tǒng)微生物防治和應(yīng)用微生物除草劑兩種，前者是從雜草原產(chǎn)地引人寄生性和傳播能力較強(qiáng)的病原菌，在田間接種引起目標(biāo)雜草病害流行，從而把雜草數(shù)量降到某一臨界點(diǎn)以下，通過(guò)天敵保持著一種動(dòng)態(tài)平衡；而后者是將雜草的致病菌進(jìn)行大量繁殖，制成標(biāo)準(zhǔn)化的制劑，像化學(xué)除草劑一樣在雜草敏感生長(zhǎng)階段，于苗前或苗后施用，人為制造雜草病害大流行，從而減小雜草對(duì)作物的影響。該方法在短時(shí)間內(nèi)可有效控制草害，適用于防治農(nóng)田、草坪、花園中的雜草。微生物源除草劑是利用微生物的代謝產(chǎn)物進(jìn)行雜草防除。該類(lèi)除草劑根據(jù)其來(lái)源又可分為真菌源除草劑、細(xì)菌源除草劑、鏈霉菌源除草劑等，主要是利用這些微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的毒素和抗生素等，包括多肽、萜類(lèi)、大環(huán)酯類(lèi)和酚醛樹(shù)脂類(lèi)等。

篩選和利用微生物天然產(chǎn)物防治雜草具有許多潛在優(yōu)勢(shì)：1)這類(lèi)除草劑作用位點(diǎn)新穎，是現(xiàn)有化學(xué)除草劑未涉及到的，有利于雜草的抗性治理；2)在低濃度時(shí)這些產(chǎn)物便可發(fā)揮較高生物活性；3)這些天然產(chǎn)物可以為新的除草劑合成方案提供線索；4)微生物天然產(chǎn)物在環(huán)境中的半衰期比合成農(nóng)藥短得多，易迅速降解或解毒．因此登記試驗(yàn)比化學(xué)農(nóng)藥所用的時(shí)間短、資金少。

2微生物除草劑的劑型及特點(diǎn)

為保證微生物農(nóng)藥在貯存過(guò)程中的穩(wěn)定性和在田間充分發(fā)揮作用．除選擇助劑外，合適的劑型十分重要。鑒于此，微生物農(nóng)藥劑型加工也逐漸從水基制劑向油基制劑，從液體制劑向固體制劑，從粉末狀制劑向顆粒狀制劑方向發(fā)展。與化學(xué)農(nóng)藥相比，微生物除草劑的劑型加工更困難，特別是活體微生物除草劑。首先，微生物是不溶于水的生物體，其顆粒大小可從不足0.5m(顆粒病毒)到lOOOm以上(線蟲(chóng))，這種顆粒的疏水性直接影響制劑的潤(rùn)濕性、分散性和懸浮性等物理性能；其次，作為生物體，微生物對(duì)外界環(huán)境因素如溫度、濕度和光照等比較敏感，制劑貯：存穩(wěn)定性差，作用速度慢，田間持效期短。在選擇助劑時(shí)除考慮制劑理化性能的要求外，還要考慮選擇一些特殊助劑，如防光劑、增效劑等；再者，選擇助劑時(shí)要注意與活體微生物的相容性?；铙w微生物與各種助劑的相容性一般比化學(xué)農(nóng)藥差，有些助劑可能完全不能使用。

真菌除草劑劑型主要有粉劑和于粉狀制劑。迄今，已商品化，最成功的莖葉處理真菌除草劑是Collego，它是由引起雜草炭疽病的盤(pán)長(zhǎng)孢狀刺盤(pán)孢(Colletotrichurngloeosporioidesf．sp.ae—schynomene)產(chǎn)生的孢子制成干孢子可濕性粉劑，防治水稻和大豆田中的弗吉尼亞皂角(Aeschynomenevirginica)，防效達(dá)90％以上。在美國(guó)登記注冊(cè)的Devine是棕櫚疫霉(Phytophthora pahnivora)致病菌株的厚垣孢子制成的懸浮劑；Casst是決明鏈格孢(Alternariacasslae)分生孢子制成的可濕性粉劑。在加拿大研制成功的Biomal生物制品是錦葵盤(pán)長(zhǎng)孢狀剌盤(pán)孢(C.gloeosporoides f．sp．tnalvaf)的孢子制成的懸浮劑。

3微生物源除草劑的應(yīng)用現(xiàn)狀

1981年，在美國(guó)Devine被登記注冊(cè)為第一個(gè)生物除草劑，它是棕櫚疫霉制劑，用于柑橘園土壤處理防治莫倫藤(Morreniaodorata)。就生物除草劑來(lái)說(shuō)，具有劃時(shí)代標(biāo)志意義。次年Collego制劑由美國(guó)Upiohu公司開(kāi)發(fā)成功，它是膠孢炭疽菌田皂角亞種的無(wú)性孢子制劑。繼之開(kāi)發(fā)出羅得曼尼尾孢(Cfercospora rodmanii)防除水葫蘆(Eichhorniacrassipes)獲得專(zhuān)利保護(hù)。

近年來(lái)，微生物除草劑尤其是真菌除草劑的開(kāi)發(fā)和研究獲得了突破性進(jìn)展，已有約80種不同的侵染生物種被研究，防除約70種雜草。按照發(fā)展生物除草劑的標(biāo)準(zhǔn)，有望作為候選或已發(fā)展成生物除草劑的有36種，已經(jīng)使用或商品化或極具潛力的有19種。真菌中有除草活性可望發(fā)展成除草劑的主要集中在盤(pán)孢菌屬(Colletotrichurn)、鐮孢菌屬(Fu－sarium)、鏈格孢菌屬(Alternaria)、尾孢菌屬(Cer-cospora)、疫霉屬(Phytophthora)、柄銹菌屬(Puc-cinia)、葉黑粉菌屬(Entyloma)、殼單孢菌屬(Asco-chyta)和核盤(pán)菌屬(Sclerotinia)等9個(gè)屬巾。細(xì)菌除草劑主要有假單孢菌屬(Pseudomonas)、腸桿菌屬(Enterobacter)、黃桿菌屬(Flavobacterium)、檸檬酸細(xì)菌屬(Citrobacer)、五色桿菌屬(Achromobos－ter)、產(chǎn)鹽桿菌屬(Alcalligenes)、黃單孢桿菌屬(Xanthomonas)等7個(gè)屬。此外，利用病毒防治雜草也有很多實(shí)例，如Lpp-l病毒可用來(lái)防治水中的藍(lán)綠藻等水生雜草，在容積為3．8m的貯水池中，接種100mL。該病毒制劑，7d內(nèi)可使藻類(lèi)數(shù)量明顯下降，表1列出了一些已商品化或具有開(kāi)發(fā)潛力的微生物除草劑。

另外，許多微生物(植物病原真菌和細(xì)菌)在其專(zhuān)一性寄主植物上產(chǎn)生毒素，引發(fā)寄主感病。這些毒素滲入寄主雜草，破壞其細(xì)胞結(jié)構(gòu)，可使雜草產(chǎn)生病斑或枯萎，從而達(dá)到防除雜草的目的。這些天然產(chǎn)生的毒素具有種的特異性和各種不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，且大多數(shù)是新的化學(xué)結(jié)構(gòu)，用經(jīng)典的農(nóng)藥化學(xué)合

成方法難以合成；它們大多對(duì)哺乳動(dòng)物無(wú)毒或低毒，相對(duì)于化學(xué)除草劑而言更易于降解，不會(huì)引起生物災(zāi)害。因此利用具有除草劑活性的微生物天然產(chǎn)物開(kāi)發(fā)新型的除草劑日益受到人們的重視。目前已知的微生物源的毒素約80種。表2列舉了一些具有除草活性的微生物源毒素。

我國(guó)應(yīng)用植物病原菌防除雜草的研究起步較早，“魯保一號(hào)”菌劑防治大豆兔絲子效果在85％左右，已有20多個(gè)省、市、自治區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)，防治面積每年達(dá)1．3萬(wàn)hm以上。1979年新疆從自然感病埃及列當(dāng)植株中分離得到鐮刀菌(Fusariumorobanches)，并制成生防制劑F798，防治列當(dāng)效果達(dá)到95％《以上。云南省微生物所對(duì)紫莖澤蘭黑斑病病原尾孢菌(Cercosporacupatomz)、飛機(jī)草絨孢菌(Mycovellosiellaeupatorii-odorati)進(jìn)行了研究。湖南農(nóng)學(xué)院王明旭等研究了稗葉枯菌(Helminthos－porlummonoceFas)的產(chǎn)孢、產(chǎn)毒條件及其寄主范圍。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)陳勇等從稗草病葉上分離得到8種病原真菌，也發(fā)現(xiàn)稗葉枯菌對(duì)稗草致病性強(qiáng)，對(duì)水稻安全，并對(duì)該菌的流行學(xué)進(jìn)行了研究。

同時(shí)，利用微生物代謝物防除雜草的研究近年也在逐步開(kāi)展。中國(guó)科學(xué)院植物生理研究所周榮仁開(kāi)展了放線菌代謝產(chǎn)物的雜草防除探索。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所高昭遠(yuǎn)開(kāi)展了膠孢炭疽菌S22毒素防除雜草的可行性研究，并取得了一定結(jié)果。張金林等發(fā)現(xiàn)，蔥葉枯病菌(Stemphyliumbotryosum)毒素對(duì)馬唐、狗尾草、稗草、狗牙根等雜草種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)有較強(qiáng)的抑制作用。上述工作的開(kāi)展，為我國(guó)以菌除草的生防工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4微生物除草劑的生物安全性評(píng)價(jià)

與化學(xué)除草劑相比，微生物除草劑具有選擇性強(qiáng)，不傷害天敵、不易產(chǎn)生抗藥性、單位面積用量少、對(duì)人畜高度安全、對(duì)微生態(tài)環(huán)境影響小等諸多特點(diǎn)。因此一般認(rèn)為微生物除草劑比較安全，但由于不同種類(lèi)生物的差異較大，微生物除草劑是否存在人們尚未認(rèn)識(shí)的危害還需進(jìn)一步研究，對(duì)其評(píng)價(jià)程序和方法也有許多有待改進(jìn)的地方。此外，從植物和昆蟲(chóng)中分離的微生物是否都對(duì)哺乳動(dòng)物和人安全，值得探討。例如，含羞草致病菌(Fusariumpallidoro－seum)的毒素嚴(yán)重傷害含羞草和甜瓜等，但水稻不受影響，可作為稻田除草劑開(kāi)發(fā)應(yīng)用，但因其對(duì)人類(lèi)健康的影響尚不清楚，目前尚未椎廣使用。美國(guó)Abbott實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的Devire微生物除草劑，由于P．palmovora寄主范圍的原因，而限制在柑桔園使用。

開(kāi)發(fā)微生物除草劑應(yīng)高度重視病菌的寄主范圍、致病力大小、病菌微生態(tài)，以及藥劑管理和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等，即使足已經(jīng)失去致病性的微生物，也應(yīng)有明確的判斷基準(zhǔn)。評(píng)價(jià)生物農(nóng)藥安全性的基本內(nèi)容包括：1)作為有效組分的生物種的鑒定及其特性，是否會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)；2)對(duì)人無(wú)致病性、感染性、毒性，無(wú)過(guò)敏性反應(yīng)；3)明確對(duì)日標(biāo)生物的毒性、致病性；4)對(duì)目標(biāo)牛物以外的生物無(wú)不良影響，或盡量降低其有害性。

對(duì)微生物除草劑的評(píng)價(jià)，理論上主要依據(jù)兩條標(biāo)準(zhǔn)即有效性(藥效)和專(zhuān)一性(安全性)。作為農(nóng)藥，除草劑的開(kāi)發(fā)首先必須保證環(huán)境的安全性，再者是對(duì)人的毒性(急性、亞急性、慢性毒性)和生物群落的安全性。必須事先了解微生物除草劑對(duì)動(dòng)植物的致病性及其在環(huán)境中的生存情況。大多數(shù)真菌除草劑的病原來(lái)自當(dāng)?shù)氐淖匀活静〖闹鳎瑢?duì)環(huán)境壓力不大，但因病菌致病過(guò)程和環(huán)境的復(fù)雜性，仍需要在人為接種條件下，對(duì)其他經(jīng)濟(jì)植物的安全性進(jìn)行深入研究，并了解其發(fā)病機(jī)理及對(duì)環(huán)境的影響。總之，在有效利用微生物除草劑的同時(shí)，對(duì)其安全性的評(píng)價(jià)是十分重要的，到什么程度為安全，要在應(yīng)用中與利益相互權(quán)衡后，才能作出合理的評(píng)價(jià)。

隨著人們對(duì)微生物及微生物產(chǎn)物侵染和控制雜草機(jī)理的深入了解，通過(guò)基因工程和細(xì)胞融合技術(shù)，改良微生物除草劑的品種和寄主專(zhuān)一性；通過(guò)與低量的化學(xué)除草劑混配，進(jìn)一步提高微生物除草劑的防效；而且并隨著發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有更多的活體微生物及其天然產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)，利用微生物及其天然產(chǎn)物防治雜草有著廣闊的發(fā)展前景。